Java核心类库之（多线程：实现多线程、线程同步）-阿里云开发者社区

以下博客是根据黑马视频写的Javase全集博客笔记：黑马程序员全套Java教程_Java基础入门视频教程，零基础小白自学Java必备教程

（一）Java语言基础

（二）Java面向对象编程

（三）Java核心类库之（常用API、字符串类、集合类、泛型）

（四） Java核心类库之（异常机制）

（五）Java核心类库之（字符集/编码集、File类、递归、IO流：字节流、字符流、特殊操作流）

（六）Java核心类库之（类加载器、反射机制、模块化）

（七）Java核心类库之（Lambda表达式）

（八）Java核心类库之（接口组成更新、方法引用、函数式接口）

（九）Java核心类库之（Stream流：生成、中间、终结、收集操作）

（十）Java核心类库之（多线程：实现多线程、线程同步）

（十一）Java核心类库之（网络编程：网络编程入门、UDP通信程序、TCP通信程序）

1 多线程

1.1 进程

进程：是正在运行的程序

是系统进行资源分配和调用的独立单位

每一个进行都有它自己的内存空间和系统资源

进程的三个特征

独立性：进程与进程之间是相互独立的，彼此有自己独立内存区域

动态性：进程是运行中的程序，要动态的占用内存，CPU和网络等资源

并发性：CPU会分时轮询切换依次为每个进程服务，因为切换的速度非常快，给我们的感觉像是在同时执行，这就是并发性（并发：同一时刻同时有多个在执行）

1.2 线程

线程：是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径

单线程：一个进程只有一条执行路径

多线程：一个进程有多条执行路径

1.3 多线程的实现方式

1.3.1 方式1：继承Tread类

流程：

1、定义一个MyTread类继承Tread类

2、在MyTread类中重写run()方法

3、创建MyTread类的对象

4、启动线程：void start()

为什么要重写run()方法？

因为run()是用来封装被线程执行的代码

run()方法和start()方法的区别？

run()：封装线程执行的代码，直接调用，相当于普通方法的的调用

start()：启动线程，然后由JVM调用此线程中的run()方法

范例

MyTread类：

package test;
//1、定义一类MyTread继承Tread类
public class MyThread extends Thread{
    2、在MyTread类中重写run()方法
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<100;i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

测试类

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //3、创建MyTread类的对象
        MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();
        //4、启动线程：void start()：启动线程，由Java虚拟机调用此线程的run()方法
        my1.start();
        my2.start();
    }
}

1.3.2 方式2：实现Runnable接口

流程：

1、定义一个MyRunnable类实现Runnable接口

2、在MyRunnable类中重写run()方法

3、创建MyRunnable类的对象

4、创建Tread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数

5、启动线程

好处：

避免了Java单继承的局限性

适合多个相同程序的代码取处理同一个资源的情况，把线程和程序的代码、数据有效分离，较好地体现了面向对象的设计理论

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //3、创建MyRunnable类的对象
        MyRunnable mr = new MyRunnable();
        //4、创建Tread类的对象，把MyRunnable对象作为构造方法的参数
//        Thread t1 = new Thread(mr);
//        Thread t2 = new Thread(mr);
        //Thread(Runnable target,String name)
        Thread t1 = new Thread(mr,"高铁");
        Thread t2 = new Thread(mr,"飞机");
        //5、启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

1.3.3 方式3：实现Callable接口

1.4 设置和获取线程名称

Thread类中设置和获取线程名称的方法

方法名说明

void setName(Stringname) 将此线程的名称更改为等于参数name

String getName() 返回此线程的名称

public Thread(String name) 通过构造方法也可以设置线程名称

public static Thread currentThread() 返回对当前正在执行的线程对象的引用（可以返回main()方法中线程）

public static void sleep(long time) 让当前线程休眠多少毫秒再继续执行

MyThread类

package test;
public class MyThread extends Thread{
    //构造方法添加线程名称
    public MyThread(){}
    public MyThread(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<100;i++) {
            //1,String getName()  返回此线程的名称
            System.out.println(getName()+":"+i);
        }
    }
}

测试类

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
/*        MyThread my1 = new MyThread();
        MyThread my2 = new MyThread();
        //2,void setName(Stringname)  将此线程的名称更改为等于参数name
        my1.setName("高铁");
        my2.setName("飞机");*/
        //3，通过构造方法设置线程名称
        //需要自己定义的类中提供此带参构造方法，并通过super访问父类带参构造方法
        /*MyThread my1 = new MyThread("高铁");
        MyThread my2 = new MyThread("飞机"); 
        my1.start();
        my2.start();*/
        //4，public static Thread currentThread()  返回对当前正在执行的线程对象的引用（可以返回main()方法中线程）
        System.out.println(Tread.currentThread().getName()); //main
    }
}

1.5 线程调度

线程有两种调度模型

分时调度模型：所有线程轮流使用CPU的使用权,平均分配每个线程占用CPU的时间片

抢占式调度模型：优先让优先级高的线程使用CPU,如果线程的优先级相同,那么会随机选择一个,优先级高的线程获取的CPU时间片相对多一些

Java使用的是抢占式调度模型

假如计算机只有一个CPU, 那么CPU在某一个时刻只能执行条指令, 线程只有得到CPU时间片，也就是使用权,才可以执行指令。所以说多线程程序的执行是有随机性，因为谁抢到CPU的使用权是不一定的

Thread类中设置和获取线程优先级的方法

方法名说明

public final int getPriority() [praɪˈɔːrəti] 返回此线程的优先级

public final void setPriority(int newPriority) 更改此线程的优先级

线程默认优先级是5；线程优先级范围是：1-10

线程优先级高仅仅表示线程获取的CPU时间的几率高，但是要在次数比较多，或者多次运行的时候才能看到你想要的效果

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPriority tp1 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp2 = new ThreadPriority();
        ThreadPriority tp3 = new ThreadPriority();
        tp1.setName("高铁");
        tp2.setName("飞机");
        tp3.setName("汽车");
        //1,public final int getPriority() [praɪˈɔːrəti]  返回此线程的优先级
//        System.out.println(tp1.getPriority()); //5
//        System.out.println(tp2.getPriority()); //5
//        System.out.println(tp3.getPriority()); //5
        //2,public final void setPriority(int newPriority)  更改此线程的优先级
        System.out.println(Thread.MAX_PRIORITY); //10
        System.out.println(Thread.MIN_PRIORITY); //1
        System.out.println(Thread.NORM_PRIORITY); //5
        //设置正确优先级
        tp1.setPriority(5);
        tp2.setPriority(10);
        tp3.setPriority(1);
        tp1.start();
        tp2.start();
        tp3.start();
    }
}

1.6 线程控制

方法名说明

static void sleep(long millis) 使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数

void join() 等待这个线程死亡

void setDaemon(boolean on) [ˈdiːmən] 将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机很快将退出（并不是立刻退出）

案例：sleep()方法

线程类

package test;
public class ThreadSleep extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;i++) {
            System.out.println(getName()+":"+i);
            //1,static void sleep(long millis)  使当前正在执行的线程停留（暂停执行）指定的毫秒数
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

测试类

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadSleep ts1 = new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts2 = new ThreadSleep();
        ThreadSleep ts3 = new ThreadSleep();
        ts1.setName("曹操");
        ts2.setName("刘备");
        ts3.setName("孙权");
        ts1.start();
        ts2.start();
        ts3.start();
//        曹操:0
//        孙权:0
//        刘备:0
//        孙权:1
//        曹操:1
//        刘备:1
//        ...
    }
}

案例：join()方法

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
        tj1.setName("康熙");
        tj2.setName("四阿哥");
        tj3.setName("八阿哥");
        tj1.start();
        //2,void join()   等待这个线程死亡
        try {
            tj1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        tj2.start();
        tj3.start();
//        康熙:0
//        康熙:1
//        康熙:2
//        四阿哥:0
//        四阿哥:1
//        八阿哥:0
//        八阿哥:1
//        八阿哥:2
//        四阿哥:2
//        ...
    }
}

案例：setDaemon()方法

package test;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadJoin tj1 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj2 = new ThreadJoin();
        ThreadJoin tj3 = new ThreadJoin();
        tj2.setName("关羽");
        tj3.setName("张飞");
        //设置主线程为刘备
        Thread.currentThread().setName("刘备");
        //3,void setDaemon(boolean on)  将此线程标记为守护线程，当运行的线程都是守护线程时，Java虚拟机将退出
        tj1.setDaemon(true);
        tj2.setDaemon(true);
        tj1.start();
        tj2.start();
        for(int i=0;i<2;i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
        }
        //刘备执行完后，关羽和张飞会很快结束
    }
}

1.7 线程生命周期

1.8 数据安全问题之案例：买票

为什么出现问题?(这也是我们判断多线程程序是否会有数据安全问题的标准)

是否是多线程环境

是否有共享数据

是否有多条语句操作共享数据

如何解决多线程安全问题呢?

基本思想：让程序没有安全问题的环境

怎么实现呢?

把多条语句操作共享数据的代码给锁起来，让任意时刻只能有一一个线程执行即可

Java提供了同步代码块的方式来解决

1.9 线程同步_同步代码块

锁多条语句操作共享数据，可以使用同步代码块实现

格式

synchronized(任意对象) {
  多条语句操作共享数据的代码
}

好处：让多个线程实现先后依次访问共享资源，解决了多线程的数据安全问题

弊端：当线程很多的时候，因为每个线程都会去判断同步上的锁，这是很消耗资源的，无形中降低程序的运行效率

sellTicket类

package test;
//1,定义一个类SellTicket实现Runnable接口，里面定义一个成员变量: private int tickets= 100;
public class SellTicket implements Runnable{
    private int tickets = 100;
    private Object obj = new Object();
    //2,在ellTicket类中重写run0方法实现卖票， 代码步骤如下
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            //tickes=100
            //t1,t2,t3
            //假设t1抢到CPU执行器
            synchronized (obj){
                //t1进来后把代码锁起来了
                if (tickets > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                        //t1休息100毫秒
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //窗口1正在出售第100张票
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--; //tickets=99
                }
                //t1出来了，锁就被释放了
            }
        }
    }
}

测试类

package test;
public class SellTicketDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建SellTicket类的对象
        SellTicket st = new SellTicket();
        //创建三个Thread类的对象,把SellTicket对象作为构造方法的参数，并给出对应的窗口名称
        Thread t1 = new Thread(st,"窗口1");
        Thread t2 = new Thread(st,"窗口2");
        Thread t3 = new Thread(st,"窗口3");
        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

1.10 线程同步_同步方法

作用：把出现线程安全问题的核心方法给锁起来，每次只能一个线程进入访问，其他线程必须在方法外面等待

同步方法：就是把synchronized关键字加到方法上；锁对象为：this

格式：修饰符 synchronized 返回值类型方法名(方法参数) {}

同步静态方法：就是把synchronized关键字加到静态方法上面；锁对象为：类名.class

格式：修饰符 static synchronized 返回值类型方法名(方法参数) {}

package test;
public class SellTicket implements Runnable{
//1非静态    private int tickets = 100;
    private static int tickets = 100;
    private Object obj = new Object();
    private int x = 0;
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            if(x%2==0) {
//1非静态                synchronized (this) {
                synchronized (SellTicket.class) {
                    if (tickets > 0) {
                        try {
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                        tickets--; //tickets=99
                    }
                }
            } else {
//                synchronized (obj) {
//                    if (tickets > 0) {
//                        try {
//                            Thread.sleep(100);
//                        } catch (InterruptedException e) {
//                            e.printStackTrace();
//                        }
//                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//                        tickets--; //tickets=99
//                    }
//                }
                sellTicket();
            }
            x++;
        }
    }
//1非静态
//    private synchronized void sellTicket() {
//        if (tickets > 0) {
//            try {
//                Thread.sleep(100);
//            } catch (InterruptedException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }
//            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
//            tickets--; //tickets=99
//        }
//    }
    private static synchronized void sellTicket() {
        if (tickets > 0) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
            tickets--; //tickets=99
        }
    }
}

1.11 线程安全的类（了解）

源码中方法都被synchronized修饰

StringBuffer

线程安全，可变的字符序列

从版本JDK 5开始，被StringBuilder替代。通常应该使用StringBuilder类, 因为它支持所有相同的操作,但它更快，因为它不执行同步

Vector

从Java 2平台v1.2开始，该类改进了List接口, 使其成为Java Collections Framework的成员。与新的集合实现不同，Vector被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用ArrayList代替Vector

Hashtable

该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。任何非null对象都可以用作键或者值

从Java 2平台v1.2开始，该类进行了改进，实现了Map接口,使其成为Java Collections Framework的成员。与新的集合实现不同，Hashtable被同步。如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替Hashtable

Collections类中static <T> List<T> snchronizedList(List<T> list)：返回由指定列表支持的同步（线程安全）的列表

package test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
public class Demo {
    public static void main(String[] args)  {
        //static <T> List<T> snchronizedList(List<T> list)：返回由指定列表支持的同步（线程安全）的列表
        Collection<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
        /*源码都是返回Synchronized
        public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
            return (list instanceof RandomAccess ?
                    new Collections.SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
                    new Collections.SynchronizedList<>(list));
        }*/
    }
}

1.12 Lock锁

Lock是接口不能直接实例化，采用实现类ReentrantLock来实例化（JDK5以后）

ReentrantLock构造方法：

方法名说明

ReentrantLock() 创建一个ReentrantLock的实例对象

Lock中获得锁和释放锁方法：

方法名说明

void lock() 获得锁

void unlock() 释放锁

推荐使用try{} finall{}代码块来加锁和释放锁

package test;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class SellTicket implements Runnable{
    private static int tickets = 100;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            try {
                lock.lock();
                if (tickets > 0) {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在出售第" + tickets + "张票");
                    tickets--;
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

1.13 线程通讯

线程通信一定是多个线程在操作同一个资源才需要通信

方法名说明

public void wait() 让当前线程进入到等待状态，此方法必须锁对象调用

public void notify() 唤醒当前锁对象上等待状态的某个线程，此方法必须锁对象调用

public void notifyAll() 唤醒当前锁对象上等待状态的全部线程，此方法必须锁对象调用

1.14 生产者消费者

1.14.1 生产者消费者概述

为了体现生产和消费过程中的等待和唤醒，Java就提供了几个方法供我们使用，这几个方法在Object类中

Object类的等待和唤醒方法

方法名说明

void wait() 导致当前线程等待，直到另一个线程调用该对象的 notify() 方法或 notifyAll() 方法

void notify() 唤醒正在等待对象监视器的单个线程

void notifyAll() 唤醒正在等待对象监视器的所有线程

1.14.2 生产者消费者案例

奶箱类

package test;
//1：定义奶箱类
public class Box {
    //定义一个成员变量，表示第x瓶奶
    private int milk;
    //定义一个成员变量表示奶箱的状态
    private boolean state = false;
    //提供存储牛奶和获取牛奶的操作
    public  synchronized void put(int milk) {
        //如果有牛奶等待消费
        if(state) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果没有牛奶，就生产牛奶
        this.milk = milk;
        System.out.println("送奶工将第" + this.milk + "瓶奶放入奶箱");
        //生产完毕后，修改奶箱状态
        state = true;
        //唤醒其他等待线程
        notifyAll();
    }
    public  synchronized void get() {
        //如果没有牛奶，就等到生产
        if(!state) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //如果有牛奶，就消费牛奶
        System.out.println("用户拿到第" + this.milk + "瓶奶");
        //消费完毕后,修改奶箱状态
        state = false;
        //唤醒其他等待线程
        notifyAll();
    }
}

生产者类

package test;
//2:生产者类(Producer):实现Runnable接口
public class Producer implements Runnable {
    private Box b;
    public Producer(Box b) {
        this.b = b;
    }
    //重写run()方法，调用存储牛奶的操作
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            b.put(i);
        }
    }
}

消费者类

package test;
//3:消费者类(Customer);实现Runnable接口
public class Customer implements Runnable{
    private Box b;
    public Customer(Box b) {
        this.b = b;
    }
    //重写run()方法，调用获取牛奶的操作
    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            b.get();
        }
    }
}

测试类

package test;
public class BoxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建奶箱对象，这是共享数据区域
        Box b = new Box();
        //创建生产者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递。因为在这个类中要谓用存储牛奶的操作
        Producer p = new Producer(b);
        //创建消费者对象，把奶箱对象作为构造方法参数传递，因为在这个类中要调用获取牛奶的操作
        Customer c  =new Customer(b);
        //创建2个线程对象，分别把生产者对象和消费者对象作为构造方法参数传递
        Thread t1 = new Thread(p);
        Thread t2 = new Thread(c);
        //启动线程
        t1.start();
        t2.start();
//        送奶工将第1瓶奶放入奶箱
//                用户拿到第1瓶奶
//        送奶工将第2瓶奶放入奶箱
//                用户拿到第2瓶奶
//        送奶工将第3瓶奶放入奶箱
//                用户拿到第3瓶奶
//        送奶工将第4瓶奶放入奶箱
//                用户拿到第4瓶奶
//        送奶工将第5瓶奶放入奶箱
//                用户拿到第5瓶奶
    }
}

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